5. Содержание отчёта

Отчёт оформляется согласно принятым на кафедре требованиям и должен содержать:

5.1. Цель работы.

5.2. Условное графическое обозначение (с цоколёвкой), функциональную схему регистра К155ИР13 и таблицу его режимов работы.

5.3. Временные диаграммы работы этого регистра в динамическом режиме при записи и сдвиге информационного слова вправо, влево для случаев «разомкнутого» и «замкнутого» кольца. Выводы по применению регистров в таких режимах работы.

5.4. Схему включения регистра и временные диаграммы его работы, а также выводы по применению схемы согласно варианту индивидуального задания.

5.5. Условное графическое обозначение ИМС К155ИР1 и таблицу режимов работы этого регистра.

6. Методические указания

6.1. С принципом действия универсального регистра следует ознакомиться по рис.2 путем анализа взаимодействия логических элементов и триггеров ячеек при фиксированных значениях сигналов на информационных входах D0, D1, … D7, DR, DL и установленном режиме работы (согласно табл.1). Вначале сделайте предположение, что все триггеры регистра находятся в состоянии лог.0, то есть сигналы на выходах Q0, Q1, ..Q7 равны нулю. Затем, полагая, что сигнал сброса равен лог.1 (пассивное значение) и на входах V1, V2 установлена соответствующая режиму комбинация, выясните состояния всех D-триггеров, в которые они перейдут в момент подачи первого (одиночного) тактового импульса. Чтобы это сделать, необходимо определить значение сигналов по информационным входам триггеров (входы D). Если значение этих сигналов совпадает со значением сигнала на выходе триггера, то состояние триггера останется неизменным. В противном случае D-триггер перейдет в противоположное состояние. Поскольку значение сигнала на D-входе триггера равно значению сигнала на выходе элемента 2-2-2И-3ИЛИ, то следует определить значения сигналов на всех его входах. С этой целью рекомендуется составить логические выражения, описывающие выходные сигналы названных элементов, используя обозначения их входных сигналов как логические переменные: d₀, d₁, … d₇, d_R, d_L, выходных сигналов декодера и выходных сигналов q₀, q₁, q₂ … q₇ триггеров.

Рис. 3. Схема функциональная субблока РЕГИСТР

Подставив значения 0 и 1 вместо переменных в полученные логические выражения, определите значения сигналов на выходах элементов И-ИЛИ. Если эти значения равны q_i-1 и q_i+1, то это будет означать, что состояние i-го D-триггера при подаче тактового импульса определяется состоянием предыдущего или, соответственно последующего триггера.

Принцип построения определяется составом, функциональным значением отдельных «частей» регистра и характером связей между ними. При этом под «частью» следует понимать набор взаимно связанных функциональных элементов, выполняющих в совокупность одну достаточно сложную функцию по формированию или хранению дискретных сигналов. Сформулировать принцип построения – это означает, дать сведения о составе (структуре) регистра, о назначении каждой его структурной части (функционального узла) и о взаимных связей этих частей.

Уясняя состав субблока РЕГИСТР, прежде всего, обратите внимание на назначение кнопок и тумблеров на его лицевой панели, а также сопоставьте схему на лицевой панели со схемой рис.3. Вначале следует выяснить значение сигналов по всем входам регистра в исходном положении тумблеров и кнопок. Особое внимание обратите на способ формирования сигналов по входам последовательной записи DR и DL в зависимости от положения тумблера SA9 («Кольцо»). Учтите также, что переключающие контакты у тумблеров SA10 и SA11 при изменении их положения замыкаются и размыкаются не одновременно. Это может привести к кратковременным ложным сигналам по входам DR и DL, особенно «опасным» при работе регистра «по кольцу».

6.2.1. Выполнения задания п.4.2 начните с режима параллельной записи информационных слов в регистр. Для этого выберите слова, не равные 00000000 и 11111111. Проделайте эксперименты, когда «новое» слово как бы записывается на «старое», то есть без предварительного сброса регистра (нажатии кнопки УСТ.0). Убедитесь, что стирание информации равносильно записи «пустого» (00000000) слова.

Переведите регистр в режим сдвига вправо, предварительно записав в него параллельно слово D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6,D7 10011010. Периодически нажимая кнопку «С» (SB1), наблюдайте по светодиодам на его выходах состояния регистра. Объясните получаемый результат. Проделайте этот эксперимент сначала, однако после записи слова поставьте тумблер D0 (SA1, см. рис.3) в положение «0» и только тогда подавайте тактовые импульсы. Объясните полученный результат.

Выполните аналогичные опыты со сдвигом информационного слова D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6,D7  00110101 влево. Когда будете повторять опыт, поставьте тумблер SA8 (D7) в положение «0». Объясните полученные результаты.

Проведите эксперименты при последовательной записи информации в регистр. Для этого предварительно, нажав кнопку УСТ.0, «обнулите» регистр. Затем установите режим сдвига вправо и последовательно, чередуя нажатие кнопки «С» с изменением положения тумблера D0 (SA1), запишите в регистр 8-разрядное слово (выберите его самостоятельно). Аналогично выполните эксперимент при последовательной записи информационного слова со сдвигом влево.

На основании этих экспериментов сформулируйте выводы о применении регистров для преобразования параллельных слов в последовательные и обратно. Особо обратите внимание на то, что одновременно со сдвигом «содержимого» регистра в него последовательно записывается новое слово (с входов DR либо DL).

6.2.2. Выполните эксперименты с регистром, замкнутым в кольцо. Для этого, после записи слова, установите регистр в режим сдвига (вправо либо влево) и, подавая тактовые импульсы кнопкой SB1, наблюдайте по светодиодам изменение выходных сигналов. Число тактов сдвига при этом должно быть не менее 8. Повторите опыт, изменив направление сдвига. Сделайте выводы по результатам экспериментов и о применении регистров, работающих в кольцевом режиме.

Проделав выше перечисленные опыты, сделайте эксперимент по переводу регистра в режим хранения информации. Вначале запишите некоторое слово, затем переключите тумблеры SA10 и SA11 в положение «0». Объясните, почему содержимое регистра «портится»? Что надо сделать, чтобы записанное слово при переходе регистра в режим хранения не искажалось? Правильный ответ Вы найдёте из анализа (по функциональной схеме рис.2) значений сигнала на выходах синхронизации D-триггеров в момент записи информационного слова и в момент перевода регистра в режимах хранения.

6.3. Эксперименты с регистром в динамическом режиме работы субблока выполняются аналогично только с тем отличием, что тактовые импульсы формируются непрерывно генератором Г1 с определенной частотой. Для перевода субблока в казанный режим поставьте тумблер SA12 в положение НЕПР. Поскольку тактовая частота достаточно большая, то запись информационного слова в регистр выполните «вручную», а сдвиг наблюдайте в «непрерывном» режиме.

Постройте временные диаграммы работы регистра для указанных в п. 4.3. задания режимов, иллюстрируя возможность его применения для преобразования параллельного слова в последовательное со сдвигом вправо и влево и обратного преобразования последовательного слова в параллельное. На диаграммах следует показывать только те сигналы, значения которых меняются во времени. Значения же не изменяющихся сигналов привести в подрисуночной подписи к диаграммам. Число показываемых на диаграммах тактов работы регистра выбрать так, чтобы можно было объяснить. Сколько тактов потребуется для вывода параллельного слова в виде последовательного, и на каком (по номеру) такте последовательно записываемое слово можно «считать» с выходов регистра в виде параллельного. Для этого такты следует пронумеровать по порядку десятичными, начиная с «1», только для режимов сдвига. Такту, в котором происходит запись параллельного слова, присвоить номер «0».

Исследование работы регистров, замкнутого в кольцо, -циклический сдвиг информационного слова – проведите в следующей последовательности:

• Поставьте тумблеры SA9 и SA12 в положения «кольцо выкл.» и «ОДИН», соответственно. Задав тумблерами SA1, SA2, … SA8 информационное слово, запишите его параллельно в регистр;

• Установите тумблерами «V1», «V2» режим сдвига (либо вправо, либо влево) и «замкните кольцо».

• Переведите тумблер SA12 в положение «НЕПР» и проконтролируйте работу регистра по светодиодам.

Постройте временные диаграммы для рассмотренного режима работы. Количество тактов на диаграммах должно быть достаточным для отображения интервала времени, равного длительности цикла изменения сигналов на выходах регистра (Т _цикл). Сделайте выводы по применению регистров в таких режимах. Эти выводы должны следовать из анализа временных диаграмм.

6.4. Индивидуальное задание выполняется по данным табл.2, либо преподаватель может предложить свой дополнительный вариант. Задание носит теоретический характер, так как лабораторный стенд не рассчитан на проведение требующихся экспериментов.

Вначале следует составить и начертить схему включения регистра. Для этого начертите УГО микросхемы К155ИР13 (как D4 на рис.3). Затем покажите линии электрической связи входов регистра с шинами лог.0 и лог.1, а также с тем выходом регистра, символ которого Qi указан в графе «V1» или «V2» табл.2. Если в графах, соответствующих значениям сигналов по информационным входам параллельной записи D0, D1, … D7, стоит «0», то эти входы необходимо подключить к шине лог.0 (к корпусу стенда), если же «1», то к шине лог.1. Таким образом регистр окажется охваченным «обратной связью» с одного из его выходов на один из входов выбора режима работы.

В графе «С» табл.2 условно, стрелками  и , показано первое изменение сигнала по входу синхронизации, с которого начинается серия синхронизирующих импульсов. Стрелка вверх соответствует переходу 0 1, то есть начальное значение сигнала равно лог.0 и затем оно изменяется на лог.1 («положительные» импульсы). Стрелка вниз означает подачу на вход синхронизации «отрицательных» импульсов: начальное значение сигнала равно лог.1 и последующее лог.0. Эти сведения следует учесть при построении временных диаграмм работы регистра при заданной схеме его включения.

Как известно, для построения временных диаграмм требуется определить исходное (начальное) состояние анализируемого устройства. Поэтому, приступая к построению диаграмм, в качестве исходного выберите состояние регистра 00000000. Такое состояние может быть обеспечено предварительной подачей сигнала активного уровня (лог.0) на вход сброса. А затем покажите на диаграммах значения всех выходных сигналов в ответ на подачу периодической последовательности синхронизирующих импульсов (на вход «С»). Количество тактов работы следует выбрать так, чтобы можно было определить длительность цикла (периодичность) изменения каждого из выходных сигналов. Определите по диаграмм: частоту выходных импульсов по отношению к частоте тактовых импульсов; скважности выходных импульсов; а также углы фазового сдвига (в электрических градусах) выходных последовательностей по отношению к последовательности импульсов на выходе Q0. Сделайте вывод о применении регистров с обратными связями.

6.5. Пункт 4.5 задания выполнить, пользуясь справочными данными по ИМС К155Ир1 из [1,6]. При этом уясните назначение входов, режимы работы регистра и отличия К155ИР1 от регистра К155ИР13 как по режимам, так и в способах управления этими регистрами. Руководствуйтесь при анализе функциональных свойств регистра К155ИР1 методикой, которая была использована в настоящих методических указаниях.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется регистром? Каково назначение регистров, где они применяются? Какие регистры называются универсальными?

2. В чем заключается принцип построения универсального регистра? Ответ иллюстрируется на примере регистра К155ИР13.

3. В каких режимах могут работать универсальные регистры? Регистры хранения? Как установить желаемый режим? Иллюстрируйте ответ анализом функциональной схемы регистра К155ИР13.

4. Как реализуется и для чего используется режимы сдвига «вправо» и «влево»? Ответ иллюстрируйте временными диаграммами работы регистра К155ИР13.

5. Как организовать работу регистра «по кольцу»? Для чего используется регистры, работающие в режиме циклического сдвига записанных информационных слов? Ответ иллюстрируйте временными диаграммами работы регистра К155ИР13.

6. В чем отличия регистра К155ИР1 от регистра К155ИР13? Объясните назначение входов того и другого регистров и назовите возможные режимы работы регистра К155ИР1.

7. Как построить 12-разрядный регистр из двух микросхем К155ИР1 и К155ИР13? Начертите схему их включения. В каких режимах может работать такой эквивалентный регистр?

8. Каким образом универсальный регистр можно использовать для деления частоты импульсов? Какие режимы для этого необходимы? Сопроводите ответ результатами выполнения индивидуального задания по данной лабораторной работе.

9. Как применить сдвиговый регистр в качестве «расщепителя» одной последовательности импульсов на 2 или 3 и более последовательностей? Как определить угол фазового сдвига между различными последовательностями?

10. Каким образом универсальный регистр можно применить для преобразования параллельных слов в последовательные и для обратного преобразования? Какие режимы при этом необходимы? Ответ иллюстрируйте временными диаграммами преобразования конкретного информационного слова на регистре К155ИР13.

Работа 5. СЧЁТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ